Bài tập về pin quang điện
I. Lý thuyết
1. Hiện tượng quang điện trong
- Chất quang dẫn: là chất bán dẫn có tính dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành dẫn điện tốt khi bị chiếu ánh sáng thích hợp.
- Hiện tượng quang điện trong: là hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết thành các electron dẫn đồng thời tạo ra các lỗ trống tham gia vào quá trình dẫn điện.
- Hiện tượng quang dẫn: là hiện tượng giảm điện trở suất, tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.
Giải thích: Khi bán dẫn được chiếu sáng bằng chùm sáng có bước sóng thích hợp thì trong bán dẫn có thêm electron dẫn và lỗ trống được tạo thành. Do đó, mật độ hạt tải điện tăng, tức là điện trở suất của nó giảm. Cường độ ánh sáng chiếu vào bán dẫn càng mạnh thì điện trở suất của nó càng nhỏ.
2. Ứng dụng chất quang dẫn và hiện tượng quang điện trong
- Quang trở:
- Quang trở là một điện trở làm bằng chất quang dẫn. Nó cấu tạo gồm một sợi dây bằng chất quang dẫn gắn trên một đế cách điện.
- Điện trở của quang điện trở có thể thay đổi từ vài Megaôm (rất lớn) khi không được chiếu sáng xuống vài chục ôm khi được chiếu sáng thích hợp.
- Ứng dụng: lắp vào các mạch khuếch đại trong các thiết bị điều khiển bằng ánh sáng, trong các máy đo ánh sáng.
- Pin quang điện (Pin mặt trời):
- Là nguồn điện, trong đó quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng.
- Hoạt động: dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn (lớp chuyển tiếp)
- Cấu tạo: Tấm bán dẫn n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p. Mặt trên cùng là lớp kim loại mỏng trong suốt với ánh sáng và dưới cùng là một đế kim loại.
- Hiệu suất: Chỉ vào khoảng trên dưới 10%
- Ứng dụng: trong các máy đo ánh sáng, vệ tinh nhân tạo, máy tính bỏ túi, .. Ngày nay người ta đã chế tạo thành công otô và máy bay chạy bằng pin quang điện.
II. Ví dụ minh hoạ
Ví dụ 1: Dụng cụ nào dưới đây hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong?
A. Pin nhiệt điện.
B. Đèn LED.
C. Quang trở.
D. Tế bào quang điện.
- Quang trở là dụng cụ hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong. Điện trở của nó có thể thay đổi từ vài mêgaôm (106Ω) khi không được chiếu sáng xuống đến vài chục ôm khi được chiếu sáng.
Chọn đáp án A
Ví dụ 2: Gọi c là vận tốc ánh sáng trong chân không, v là vận tốc ánh sáng trong chất phát quang. Muốn một chất phát quang phát ra bức xạ có bước sóng λ, cần chiếu vào chất đó bức xạ có
A. tần số nhỏ hơn c/λ
B. tần số nhỏ hơn v/λ
C. tần số lớn hơn v/λ
D. tần số lớn hơn c/λ
- Muốn một chất phát quang phát ra bức xạ có bước sóng λ, cần chiếu vào chất đó bức xạ có:
λkt ≤ λ ↔ fkt > c/λ.
Chọn đáp án D
Ví dụ 3: Hiện tượng không thể hiện tính chất hạt của ánh sáng là hiện tượng
A. quang điện ngoài
B. quang điện trong
C. nhiễu xạ ánh sáng
D. tạo thành quang phổ vạch của nguyên từ Hyđrô
- Hiện tượng không thể hiện tính chất hạt của ánh sáng là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.
Chọn đáp án C
III. Bài tập vận dụng
Câu 1: Chọn phát biểu đúng về hiện tượng quang điện trong:
A. Có bước sóng giới hạn nhỏ hơn bước sóng giới hạn của hiện tượng quang điện ngoài.
B. Ánh sáng kích thích phải là ánh sáng tử ngoại.
C. Có thể xảy ra khi được chiếu bằng bức xạ hồng ngoại.
D. Có thể xảy ra đối với cả kim loại.
- Đối với hiện tượng quang điện trong các photon của ánh sáng kích thích tương tác với các electron liên kết của chất bán dẫn sẽ giải phóng các electron này thành các electron tự do (electron dẫn) trong chất bán dẫn.
- Vì vậy chỉ cần những photon có năng lượng tương đối nhỏ cũng đủ để gây ra hiện tượng quang điện trong, nên giới hạn quang điện λ0 của hiện tượng quang điện trong nằm ở vùng bước sóng dài, do đó tia hồng ngoại cũng gây ra.
Chọn đáp án C
Câu 2: Chọn phát biểu đúng về hiện tượng quang dẫn:
A. Trong hiện tượng quang dẫn, các êlectron bị bứt ra khoỉ khối kim loại khi được chiếu sáng thích hợp.
B. Trong hiện tượng quang dẫn, độ dẫn điện của khối chất bán dẫn giảm khi được chiếu ánh sáng thích hợp.
C. Trong hiện tượng quang dẫn, điện trở của khối chất bán dẫn giảm khi được chiếu ánh sáng thích hợp.
D. Hiện tượng quang dẫn có thể xảy ra đối với cả kim loại và bán dẫn
- Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng giảm điện trở suất, tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn, khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào. Hiện tượng quang dẫn được giải thích dựa trên hiện tượng quang điện trong.
Chọn đáp án C
Câu 3: Quang điện trở là:
A. điện trở có giá trị bằng 0 khi được chiếu sáng.
B. điện trở có giá trị không đổi khi thay đổi bước sóng ánh sáng chiếu tới.
C. điện trở có giá trị giảm khi được chiếu sáng.
D. điện trở có giá trị tăng khi được chiếu sáng.
- Quang điện trở là một điện trở làm bằng chất quang dẫn (chất bán dẫn, chất khí…). Điện trở của nó có thể thay đổi từ vài mêgaôm (106Ω) khi không được chiếu sáng xuống đến vài chục ôm khi được chiếu sáng.
Chọn đáp án C
Câu 4: Chọn phát biểu đúng.
A. Chất quang dẫn là những kim loại dẫn điện tốt khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.
B. Trong hiện tường quang điện trong, chỉ có các êlectron dân tham gia vào quá trình dẫn điện.
C. Điện trở suất của chất quang dẫn tăng khi được chiếu sáng thích hợp.
D. Pin quang điện biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.
- Pin quang điện (còn gọi là pin Mặt Trời) là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng. Pin hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn.
Chọn đáp án D
Câu 5: Tìm phát biểu sai:
A. Hiện tượng điện trở suất của chất bán dẫn giảm mạnh khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào nó là hiện tượng quang dẫn.
B. Dùng thuyết sóng ánh sáng ta có thể giải thích được sự tạo thành quang phổ vạch của nguyên tử hyđrô.
C. Giới hạn quang điện trong thường lớn hơn giới hạn quang điện ngoài.
D. Dùng thuyết lượng tử về ánh sáng có thể giải thích được nguyên tắc hoạt động của oin quang điện.
- Dùng thuyết sóng ánh sáng ta không thể giải thích được sự tạo thành quang phổ vạch của nguyên tử hyđrô. Phải dựa trên thuyết lượng tử ánh sáng.
Chọn đáp án B
Câu 6: Dụng cụ có nguyên tắc hoạt động dựa vào tác dụng của lớp tiếp xúc p – n là:
A. tế bào quang điện
B. pin nhiệt điện
C. quang điện trở
D. điôt điện tử
- Điôt điện tử là dụng cụ có nguyên tắc hoạt động dựa vào tác dụng của lớp tiếp xúc p – n.
Chọn đáp án D
Câu 7: Pin quang điện:
A. là dụng cụ biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.
B. là dụng cụ biến nhiệt năng thành điện năng.
C. hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện ngoài.
D. là dụng cụ có điện trở tăng khi được chiếu sáng.
- Pin quang điện là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng. Pin hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn.
Chọn đáp án A
Câu 8: Dụng cụ nào dưới đây hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong?
A. Pin nhiệt điện.
B. Đèn LED.
C. Quang trở.
D. Tế bào quang điện.
- Quang trở là dụng cụ hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong. Điện trở của nó có thể thay đổi từ vài mêgaôm (106Ω) khi không được chiếu sáng xuống đến vài chục ôm khi được chiếu sáng.
Chọn đáp án A
Câu 9: Gọi c là vận tốc ánh sáng trong chân không, v là vận tốc ánh sáng trong chất phát quang. Muốn một chất phát quang phát ra bức xạ có bước sóng λ, cần chiếu vào chất đó bức xạ có
A. tần số nhỏ hơn c/λ
B. tần số nhỏ hơn v/λ
C. tần số lớn hơn v/λ
D. tần số lớn hơn c/λ
- Muốn một chất phát quang phát ra bức xạ có bước sóng λ, cần chiếu vào chất đó bức xạ có:
λkt ≤ λ ↔ fkt > c/λ.
Chọn đáp án D
Câu 10: Hiện tượng không thể hiện tính chất hạt của ánh sáng là hiện tượng
A. quang điện ngoài
B. quang điện trong
C. nhiễu xạ ánh sáng
D. tạo thành quang phổ vạch của nguyên từ Hyđrô
- Hiện tượng không thể hiện tính chất hạt của ánh sáng là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.
Chọn đáp án C
Câu 11: Hiện tượng quang điện trong:
A. là hiện tượng êlectron hấp thụ photon có năng lựng đủ lớn để bứt ra khỏi khối chất.
B. hiện tượng êlectron chuyển động nhanh hơn khi hấp thụ photon.
C. xảy ra với chất bán dẫn khi ánh sáng kích thích có tần số lớn hơn một tần số giới hạn.
D. xảy ra với ánh sáng có bước sóng lớn hơn một giá trị nào đó.
- Hiện tượng ánh sáng giải phóng các êlectrôn liên kết để chúng trở thành các êlectrôn dẫn đồng thời giải phóng các lỗ trống tự do gọi là hiện tượng quang điện trong.
- Nó xảy ra với chất bán dẫn khi ánh sáng kích thích có tần số lớn hơn một tần số giới hạn.
- Hiện tượng quang điện trong cũng là sự giải phóng e (giống quang điện ngoài) nhưng cần ít năng lượng hơn từ đó ta:
(λ0 và f0 là các giá trị giới hạn xảy ra hiện tượng quang điện).
Chọn đáp án C
Câu 12: Giới hạn quang dẫn của chất CdS là 0,9 μm. Năng lượng tối thiểu của photon ánh sáng có thể gây ra hiện tượng quang dẫn CdS là:
A. 0,56 eV B. 1,12 eV
C. 1,38 eV D. 2,20 eV
- Giới hạn quang dẫn của chất CdS là: λ0 = 0,9 μm.
- Năng lượng tối thiểu của photon ánh sáng có thể gây ra hiện tượng quang dẫn CdS là:
Chọn đáp án C
Câu 13: Một chất quang dẫn có giới hạn quang dẫn là 4μm. Năng lượng kích hoạt của chất đó là:
A. 4,97.10-20 J
B. 3,26.10-20 J
C. 4,97.10-19 J
D. 3,261.10-19 J
- Một chất quang dẫn có giới hạn quang dẫn là 4µm. Năng lượng kích hoạt của chất đó là:
Chọn đáp án C
Câu 14: Một chất bán dẫn có giới hạn quang dẫn là 5 µm. Biết tốc độ ánh sáng trong chân không là 3.108 m/s và hằng số Plank là 6,625.10-34 Js. Tính năng lượng kích hoạt của chất đó.
A. 4.10-19 J. B. 3,97 eV.
C. 0,35 eV. D. 0,25 eV.
- Năng lượng kích hoạt của chất đó là:
Chọn đáp án D
Câu 15: Khi chiếu bức xạ điện từ thích hợp vào chất bán dẫn thì giải phóng ra các electron dẫn và để lại các lỗ trống. Chọn phát biểu đúng.
A. Chỉ các lỗ trống đóng vai trò là các hạt tải điện.
B. Chỉ các electron đóng vai trò là các hạt tải điện.
C. Cả các lỗ trống và các electron đóng vai trò là các hạt tải điện.
D. Cả các lỗ trống và các electron đều không phải là các hạt tải điện.
- Mỗi electron liên kết khi hấp thụ một photon sẽ trở thành một e dẫn và một lỗ trống mang điện dương
- Các electron và những lỗ trống này có thể di chuyển tự do từ nguyên tử này sang nguyên tử khác tham gia vào quá trình dẫn điện.
Chọn đáp án C
Câu 16: Nguyên tắc hoạt động của pin quang điện dựa vào hiện tượng:
A. Quang điện trong
B. quang phát quang
C. cảm ứng điện từ
D. tán sắc ánh sáng
- Nguyên tắc hoạt động của pin quang điện dựa trên hiện tượng quang điện trong.
Chọn đáp án A
Câu 17: Trong hiện tượng quang dẫn, năng lượng cần thiết để giải phóng một êlectron liên kết thành êlectron dẫn gọi là năng lượng kích hoạt. Biết năng lượng kích hoạt của PbS là 0,3 eV, lấy h = 6,625.10-34 J.s, c = 3.108 m/s, e = 1,6.10-19 C, giới hạn quang dẫn của PbS là:
A. 2,06 µm. B. 4,14 µm.
C. 1,51 µm. D. 4,97 µm.
- Sử dụng công thức tính công thoát A:
Chọn đáp án B
Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí 12 hay, chi tiết, đầy đủ khác:
100 Bài tập về dao động điều hòa phần 1 (2024) có đáp án chi tiết nhất
80 bài tập về giao thoa ánh sáng (2024) có đáp án chi tiết nhất
30 Bài tập sóng vô tuyến (2024) có đáp án
20 Bài tập công thức lực kéo về của con lắc đơn (2024) có đáp án
